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VoltBase Maschinen Transformator-Prinzip
Thema 69 Maschinen

Transformator-Prinzip

Strom von Spule zu Spule ohne Draht: wie ein Transformator mit Magnetfeld und Eisenkern Spannung und Strom umwandelt.

ca. 5 Minuten Grundlagen Quiz mit 10 Fragen
01

Worum geht es?

Ein Transformator macht aus einer Spannung eine andere, zum Beispiel aus 230 V die 12 V für eine Lampe. Aber wie geht das, ohne dass die beiden Seiten verbunden sind? Das zeigt dieses Thema: das Prinzip dahinter.

So arbeitet ein Transformator Ein rechteckiger Eisenkern. Links die Primärwicklung am Netz, rechts die Sekundärwicklung mit einer Lampe. Pfeile zeigen das Magnetfeld, das im Eisenkern im Kreis läuft und beide Wicklungen verbindet. Netz 230 V ~ Primärwicklungviele Windungen N1 Sekundärwicklungwenige Windungen N2 Magnetfeld im EisenkernEisenkern Lampe12 V
Strom ohne Draht von einer Spule zur anderen: Der Wechselstrom in der Primärwicklung erzeugt im Eisenkern ein Magnetfeld, das ständig wechselt (rote Pfeile). Dieses Feld läuft durch die Sekundärwicklung und erzeugt dort eine neue Spannung. Die beiden Wicklungen sind elektrisch nicht verbunden, nur magnetisch.
02

Warum nur mit Wechselstrom?

Gleichstrom und Wechselstrom am Transformator Links Gleichstrom: Das Magnetfeld bleibt gleich, auf der anderen Seite entsteht keine Spannung. Rechts Wechselstrom: Das Feld wechselt, auf der anderen Seite entsteht Spannung. Gleichstrom Feld steht still0 V funktioniert nicht Wechselstrom Feld wechselt12 V funktioniert
Nur mit Wechselstrom: Eine Spannung wird nur erzeugt, wenn sich das Magnetfeld ändert. Gleichstrom macht ein festes Feld, auf der anderen Seite kommt nichts an. Deshalb funktioniert ein Trafo nur mit Wechselstrom.
  • Eisenkern: leitet das Magnetfeld von der einen zur anderen Wicklung, wie ein Rohr das Wasser.
  • Bleche statt Klotz: In einem massiven Eisenkern würden große Wirbelströme fließen und ihn heiß machen. Viele dünne, isolierte Bleche verhindern das.
  • Galvanische Trennung: Primär- und Sekundärseite haben keine leitende Verbindung. Das nutzt man für die Schutztrennung.
Kleiner Transformator mit Kern aus Blechen und Wicklung
Kleiner Transformator mit 1,5 VA: Gut zu sehen ist der Kern aus vielen dünnen Eisenblechen. Die Bleche sind gegeneinander isoliert. So entstehen im Kern weniger Wirbelströme, und er wird nicht so warm. Die Wicklungen sitzen auf dem mittleren Schenkel.

Foto: Retired electrician, „Small 1.5VA EI transformer“, Lizenz: CC0 (gemeinfrei), Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.

03

Was passiert mit dem Strom?

Ein Trafo kann keine Energie erzeugen. Was hinten herauskommt, muss vorne hinein. Die Leistung bleibt deshalb fast gleich, abgesehen von kleinen Verlusten:

Leistung bleibt gleich
U1 · I1≈U2 · I2
ohne Verluste gerechnet
Strom-Übersetzung
I1I2=N2N1
mehr Windungen, weniger Strom

Auf der Seite mit der kleinen Spannung fließt der große Strom. Deshalb hat die Niederspannungswicklung dickeren Draht.

04

Rechenbeispiele

01 Wie viel Strom zieht der Trafo aus dem Netz?

Ein Trafo macht aus 230 V die 12 V für eine Lampe. Die Lampe zieht 2 A.

  1. P = 12 V · 2 A = 24 W
  2. I1 = 24 W230 V ≈ 0,1 A
  3. Ergebnis: nur etwa 0,1 A auf der Netzseite
02 Strom über die Windungen

Primär hat 1.000 Windungen, sekundär 50. Sekundär fließen 4 A.

  1. I1 = 4 A · 501.000 = 0,2 A
  2. Ergebnis: 0,2 A auf der Primärseite
05

Typische Fehler

  • Trafo an Gleichstrom angeschlossen: Es gibt kein wechselndes Feld, aber die Wicklung hat nur einen kleinen Widerstand. Es fließt ein großer Strom, und der Trafo wird zerstört.
  • Glauben, der Trafo erzeugt Energie: Mehr Spannung heißt immer weniger Strom. Die Leistung bleibt gleich oder wird durch Verluste kleiner.
  • Dünnen Draht auf der Niederspannungsseite gewählt: Dort fließt der große Strom.
Merke

Ein Trafo überträgt Energie magnetisch: Wechselstrom in der Primärwicklung macht ein wechselndes Feld im Eisenkern, das in der Sekundärwicklung Spannung erzeugt. Nur mit Wechselstrom. Die Leistung bleibt fast gleich, deshalb fließt auf der Niederspannungsseite der große Strom.

06

Quiz: Teste dich

Zehn Fragen zum Thema Transformator-Prinzip. Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.

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